(57)【要約】【課題】  光源からの光の利用効率を高め、明るく、均一なライン照明を利用できる顕微鏡を提供することを目的とする。【解決手段】、複数の光源７と、光源７と対応づけられて矩形状に配列され、その焦点位置に光源７が位置する複数のレンズ素子１１を有するフライアイレンズ９と、平面部１２がフライアイレンズ９からの光の光軸に直交し、かつ円筒面部１４の長手軸線がフライアイレンズ９のＹ方向に沿って配置されたシリンドリカルレンズ１３と、シリンドリカルレンズ１３からの光により標本２１を照明する対物レンズ１９と、を備えた顕微鏡１を提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、
該光源と対応づけられて矩形状に配列され、その焦点位置に前記光源が位置する複数のレンズ素子を有するフライアイレンズと、
平面部がフライアイレンズからの光の光軸に直交し、かつ円筒面部の長手軸線が前記フライアイレンズの配列方向に沿って配置されたシリンドリカルレンズと、
前記シリンドリカルレンズからの光により標本を照明する対物レンズと、
を備えた顕微鏡。
【請求項２】
前記フライアイレンズが、前記レンズ素子を直線状に配列してなる複数列のレンズ素子列により矩形状に形成されている請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項３】
隣接する前記レンズ素子列同士が、該レンズ素子列を構成する前記レンズ素子の配列ピッチの略半分だけ配列方向にすれて配置されている請求項２に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記レンズ素子列が、偶数列である請求項３に記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記光源と前記レンズ素子とを一対一で対応させるとともに両者の開口数を一致させる請求項１から請求項４のいずれかに記載の顕微鏡。
【請求項６】
前記レンズ素子の半径が、１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１から請求項５のいずれかに記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライン照明を備える顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ライン照明を備える顕微鏡として、例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３に示すものが提案されている。
特許文献１に示されるものは、従来の単一光源の落射照明光学系において、開口絞りと対物レンズの間にシリンドリカルレンズを挿入し、開口絞りで形成された円形の光束をシリンドリカルレンズで直線状に集光してライン照明とするものであり、光源からの光は無駄なく利用されている。
特許文献２に示されるものは、光ファイバを横に並べて直線状の光源を形成し、さらに、この光源からの光束をスリットに通してライン照明を形成させている。
また、特許文献３に示すものは、光源近傍に複数のスリットを配し、これら複数のスリットを透過した光を照明光としてライン照明を形成し、光の利用効率を高めようとするものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１２０６８１号公報（段落［００１２］〜［００１８］，及び図１）
【特許文献２】特開平１０−１０４５２３号公報（段落［００１４］〜［００１６］，及び図６）
【特許文献３】特開２００３−１６７１９７号公報（段落［００１６］〜［００２９］，及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるものは、円形の光束をシリンドリカルレンズにより直線状に集光するので、照明が楕円状となる。しかも、単一光源であるので、形成された断面が円形の光束は周辺部が中心部に比べて光の強度が弱いため、この強度に差異がある楕円の周辺部は中心部に比べて暗くなる。この影響は、楕円の長軸方向で大きく現れ、中心部と周辺部で照明ムラが発生するという問題がある。
また、特許文献２に示されるものは、光源としての光ファイバでの光の利用効率が低く、しかもスリットを利用しているため光源からの光量のほんの一部しか利用されないので、光の利用効率が低いという問題がある。
さらに、特許文献３に示されるものは、複数のスリットを使用して光の利用効率を高めようとするものであるが、スリットを通過した光のみでライン照明を形成しているので、依然としてスリットを通過できない光が多く、光の利用効率が十分ではない。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、光源からの光の利用効率を高め、明るく、均一なライン照明を利用できる顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、複数の光源と、該光源と対応づけられて矩形状に配列され、その焦点位置に前記光源が位置する複数のレンズ素子を有するフライアイレンズと、平面部がフライアイレンズからの光の光軸に直交し、かつ円筒面部の長手軸線が前記フライアイレンズの配列方向に沿って配置されたシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズからの光により標本を照明する対物レンズと、を備えた顕微鏡を提供する。
【０００７】
本発明によれば、光源が焦点位置に位置しているので、光源からレンズ素子に入射された光はほぼ平行光として出射される。そして、フライアイレンズはレンズ素子を矩形状に配列することにより、フライアイレンズから出射される光束は、各レンズ素子からの平行光の固まりとして、矩形状の平行光となる。
そして、シリンドリカルレンズの平面部にほぼ垂直に入射された矩形状の平行光は、円筒面の長手軸線方向では屈折力が作用しないので、そのままの幅でシリンドリカルレンズから出射される。一方、光路に沿い長手軸線に直交する面内では屈折力が作用して、結局直線状に集光されることになる。この直線状に集光された光が対物レンズを通してライン照明として標本を照明する。
【０００８】
この場合において、シリンドリカルレンズの円筒面部の長手軸線は、フライアイレンズの配列方向とほぼ平行に配置されているので、ライン照明の長手方向には、フライアイレンズの配列方向に沿ってほぼ均一な幅を有する光が集光されることになる。このように、ライン照明の長手方向には、ほぼ均一な幅を有する光が集光されるので、両端部分まで照明ムラの少ない均一な明るさのライン照明を得ることができる。
なお、ここで、「矩形状」とは、ほぼ長方形ということを意味しており、各辺に若干の凹凸があるものも含むものである。
また、光源としては、例えばＬＥＤ等の直接光を発生するものあるいは投影光学系による２次光源像が好適である。これらは、例えば、光ファイバを利用したものに比べて発生段階での光の利用効率が良好である。
【０００９】
また、上記発明においては、前記フライアイレンズが、前記レンズ素子を直線状に配列してなる複数列のレンズ素子列により矩形状に形成されていることが好ましい。
このようにすることにより、レンズ素子の矩形状配置が容易に行える。
【００１０】
また、上記発明においては、隣接する前記レンズ素子列同士が、該レンズ素子列を構成する前記レンズ素子の配列ピッチの略半分だけ配列方向にすれて配置されていることが好ましい。
このようにすることにより、隣接するレンズ素子の間に隣接するレンズ素子列のレンズ素子が配置されることになるので、配列方向に沿う光強度のムラを少なくすることができる。したがって、装置を小型化できるし、同じ大きさとした場合には、より明るく均一なライン照明を得ることができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記レンズ素子列が、偶数列であることが好ましい。
このようにすることにより、配列方向に沿うレンズ素子数の変動をなくし、集光される光量のムラをより少なくすることができる。これによって、より均一なライン照明を得ることができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記光源と前記レンズ素子とを一対一で対応させるとともに両者の開口数を一致させることが好ましい。
このようにすることにより、光源からの光は全て対応するレンズ素子に入射され、他のレンズ素子に入射されないので、レンズ素子から出射される光がより確実に平行光にされ、ライン照明に利用される。したがって、光源からコリメートレンズへ入射する光を制限しておらず、かつコリメートレンズに入射した光は全てライン照明としているので、例えば従来のスリットにより入射する光を制限するものに比べて光の利用効率を向上できる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記レンズ素子の半径が、１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
レンズ素子の半径が１．５ｍｍ未満になると、光源も含めて製造が困難である。また、レンズ素子の半径が５ｍｍを超えると、レンズ素子間の空間、すなわち、光のない部分が大きくなるので、ライン照明のムラが実用に供しない程度に大きくなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シリンドリカルレンズで形成されるライン照明の長手方向には、ほぼ均一な幅を有する光が集光されるので、両端部分まで照明ムラの少ない均一な明るさのライン照明を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係る顕微鏡について、図１ないし図４を用いて説明する。
本実施形態に係る顕微鏡１には、照明光学系３と撮像系５とが備えられている。
照明光学系３には、複数の光源７と、光源７からの光をほぼ平行光にするレンズ素子１１を設けたフライアイレンズ９と、フライアイレンズ９からの光路８中に配置されたシリンドリカルレンズ１３と、光路８の方向を変換するミラー１５と、リレーレンズ１７と、対物レンズ１９とが備えられている。
【００１６】
フライアイレンズ９は、図３に示すように多数のレンズ素子１１を備えている。レンズ素子１１は、Ｙ方向（配列方向）に直線状に密着して並んだレンズ素子列１０を形成している。このレンズ素子列１０は、Ｙ方向に直交するＸ方向に偶数列、例えば４列積層されフライアイレンズを構成している。積層された隣接するレンズ素子列同士は、Ｙ方向に半径分だけずれており、一方のレンズ素子列１０の隣接するレンズ素子１１の間に、隣接する他方のレンズ素子列１０のレンズ素子１１が配置されるように構成されている。すなわち、レンズ素子は、いわゆる俵積み配列とされている。
【００１７】
なお、レンズ素子１１の半径は、１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
レンズ素子１１の半径が１．５ｍｍ未満になると、光源７も含めて製造が困難である。また、レンズ素子１１の半径が５ｍｍを超えると、レンズ素子１１間の空間、すなわち、光のない部分が大きくなるので、ライン照明のムラが実用に供しない程度に大きくなる恐れがある。
【００１８】
光源７は、例えば、白色ＬＥＤであり、レンズ素子１１と同数設けられている。各光源７は、レンズ素子１１と同じ開口数を有し、各レンズ素子に対応して、その焦点位置に設けられている。
また、光源としては、投影光学系による２次光源像としてもよい。
【００１９】
シリンドリカルレンズ１３は、平面部１２がフライアイレンズ９からの光路８に直交し、円筒面１４の長手軸線がＹ方向に沿うように配置されている。このため、シリンドリカルレンズ１３は、Ｘ方向（図１参照）に屈折力を作用させ、Ｙ方向（図２（ａ）参照）に屈折力を作用させることなくそのまま通過させるようになっている。
【００２０】
ミラー１５は、シリンドリカルレンズ１３からの光束を対物レンズ１９に向くように方向を変換するものである。
ミラー１５と対物レンズ１９との間には、シリンドリカルレンズ１３で形成された像を対物レンズ１９へリレーするリレーレンズ１７が配設されている。
対物レンズ１９は、複数枚のレンズを組み合わせて形成され、光路８を通る光を標本２１に照明として照射するとともに標本２１からの反射光を撮像系５へ伝送するように構成されている。
【００２１】
撮像系５には、ハーフミラー２３と、結像レンズ２５と、撮像素子２７とが備えられている。
ハーフミラー２３は、光路８中に設けられ、対物レンズ１９からの反射光を結像レンズ２５に案内するように構成されている。ハーフミラー２３はダイクロイックミラーとされてもよい。
結像レンズ２５は、ハーフミラー２３からの反射光を撮像素子２７の表面に集光させるように構成されている。
撮像素子２７は、例えばＣＣＤであり、表面に集光された光を電気信号に変換して処理するものである。
【００２２】
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡１の作用について以下に説明する。
図１は、Ｘ方向の光路図を示し、図２は、Ｙ方向の光路図を部分的に示している。
各光源７で発生された光は、フライアイレンズ９の各レンズ素子１１に入射され、レンズ素子１１でほぼ平行光に変換され、シリンドリカルレンズ１３の方向へ出射される。
この場合において、光源７とレンズ素子１１との開口数が同一とされているので、光源７からの光は対応するレンズ素子１１へのみ入射される。また、光源７がレンズ素子１１の焦点距離に配置されていることもあいまって、レンズ素子１１により確実に平行光に変換される。
【００２３】
また、レンズ素子列１０が偶数列とされているので、Ｙ方向に沿って、Ｘ方向の光量はほぼ均一になる。
したがって、フライアイレンズ９から出射される光は、レンズ素子が配置された形状、すなわち、矩形状の横断面形状を有し、光量がほぼ均一な平行光となる。
【００２４】
シリンドリカルレンズ１３に入射された平行光は、Ｙ方向には屈折せず（図２（ａ）参照）、Ｘ方向にのみ屈折し（図１参照）て、Ｙ方向の光束幅は維持しつつＸ方向の光束幅が減少する光束とされ、光路８を進行する。
この光束は、ミラー１５にて反射され、対物レンズ１９に面する方向へ変換され、リレーレンズ１７の中途、すなわちシリンドリカルレンズ１３の焦点位置でＹ方向に沿った直線状に集光される。
【００２５】
なお、シリンドリカルレンズ１３の焦点距離は、１００ｍｍ以上３５０ｍｍ以下が望ましい。焦点距離が１００ｍｍ未満になると、シリンドリカルレンズ１３の開口数が大きくなりすぎて、球面収差が増大するため、均一な照明光が得られなくなる。また、焦点距離が、３５０ｍｍを超えると光学系の全長が長くなりすぎ、装置が大型化してしまう。そのため、本実施形態では、例えば２２０ｍｍとしている。
【００２６】
その後、Ｘ方向では、図１に示すように、幅が拡大されて対物レンズ１９へ入射し、対物レンズ１９により標本２１の表面に集光される。
一方、Ｙ方向では、図２（ｂ）に示すように、対物レンズ１９の中途で集光した後、拡大されて標本２１の表面に照射される。
このようにして、標本２１の表面には、Ｙ方向に長いライン照明が提供される。
【００２７】
この場合において、フライアイレンズ９からの平行光は、図５（ａ）に示されるようにほぼ矩形状である。すなわち、Ｙ方向に沿ってＸ方向の距離はほぼ同一であるので、Ｙ方向に長いライン照明２０は、その長手方向でほぼ均一な光量が集光されることになる。したがって、図５（ｂ）にライン照明２０の照度分布のモデルを示すように、ライン照明２０は、端部まで明るく、かつ照明ムラの少ない均一な明るさを得ることができる。
【００２８】
図４は、本実施形態でのライン照明時における標本面での照度分布を、Ｘ方向およびＹ方向について示しており、Ｙ方向で実用上十分な均一な明るさが得られていることがわかる。
また、光源７からフライアイレンズ９へ入射される光を制限しておらず、かつフライアイレンズ９に入射された光は全てライン照明に変換されているので、例えば従来のスリットにより入射する光を制限するものに比べて光の利用効率が向上できる。
【００２９】
ライン照明にて照明された標本から反射する反射光は、対物レンズ１９を通ってハーフミラー２３により反射され、結像レンズ２５により撮像素子２７の表面に結像される。撮像素子２７の表面に結像される像は、Ｘ方向では図１に示すように集光され、Ｙ方向では図２（ｃ）に示すように所定の長さを有するもの、すなわちＹ方向に長さを持つライン状となる。
【００３０】
なお、シリンドリカルレンズ１３を光路８に挿脱可能に取り付けておけば、シリンドリカルレンズ１３を光路８中に位置しないように取り外すことで、ケーラー照明が実施できる。
シリンドリカルレンズ１３を光路８中から取り除いた状態で、各光源７で発生された光は、フライアイレンズ９に入射され、フライアイレンズ９でほぼ平行光に変換される。
この平行光は、ミラー１５にて反射され、対物レンズ１９に面する方向へ変換される。そして、平行光はリレーレンズ１７を通り、図２（ｂ）に示されるように、対物レンズ１９の中途で集光された後、拡大されて標本２１の表面にケーラー照明として照射される。
【００３１】
このように、シリンドリカルレンズ１３を取り外すだけで、ライン照明からケーラー照明へ変更することができる。すなわち、シリンドリカルレンズ１３を光路８に挿脱することにより、ライン照明とケーラー照明とを使い分けることができるので、顕微鏡の活用範囲を拡げることができる。
【００３２】
また、本実施形態においては、レンズ素子１１を俵積みとしたが、これにかえて正方配列としてもよい。
ただ、レンズ素子１１を密に配設する方が照明ムラの防止には良好であるので、その目的では俵積みの方が好ましい。
【００３３】
さらに、本実施形態においては、レンズ素子列１０はレンズ素子１１をすきまなく配置しているが、これはすきまをあけて配置してもよい。この場合においては、隣接するレンズ素子列同士は、Ｙ方向に半径に加えてすきまの半分だけ大きくずれることになる。
【００３４】
また、本実施形態においては、レンズ素子列１０を偶数列としたが、これは奇数列としてもよい。これは、例えば、レンズ素子列１０の列数が多くなると、光量のムラに対する１列の影響が少なくなるので、設置場所の大きさにより、奇数列とすることを選択する場合がある。
【００３５】
さらに、本実施形態においては、光源７とレンズ素子１１とは、一対一対応としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る顕微鏡の概略構成を示す構成図である。
【図２】図１の部分を示し、（ａ）は図１のＡ視図、（ｂ）は図１のＢ視図、（ｃ）は図１のｃ視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るフライアイレンズの正面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る顕微鏡のライン照明時における標本面の照度分布を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る顕微鏡のライン照明時における集光状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  顕微鏡
７  光源
９  フライアイレンズ
１０  レンズ素子列
１１  レンズ素子
１２  平面部
１３  シリンドリカルレンズ
１４  円筒面部
１９  対物レンズ
２１  標本
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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